Благороден газ аргон. Газ аргон - химични свойства и обхват. Видове заваряване с аргон
| Появата на просто вещество | |
|---|---|
|
Инертни газове без цвят, вкус и мирис |
|
| Атомни свойства | |
| Име, символ, номер | Аргон / аргон, 18 |
| Атомна маса (моларна маса) | 39,948 a. например (g / mol) |
| Електронна конфигурация | 3s 2 3p 6 |
| Радиус на атома | 71pm |
| Химични свойства | |
| Ковалентен радиус | 106 pm |
| Йонният радиус | 154 pm |
| електроотрицателност | 4.3 (скала на Паулинг) |
| Електроден потенциал | 0 |
| Състояния на окисляване | 0 |
| Йонизираща енергия (първи електрон) | 1519.6 (15.75) kJ / mol (eV) |
| Термодинамични свойства на просто вещество | |
| Плътност (при п. Инч.) | (при 186 ° С) 1.40 g / стз |
| Точка на топене | 83,8 К |
| Точка на кипене | 87,3 К |
| Топлина на изпаряване | 6.52 kJ / mol |
| Моларен топлинен капацитет | 20,79 J / (K · mol) |
| Моларен обем | 24,2 cm3 / mol |
| Кристална решетка от проста материя | |
| Решетъчна структура | центрирано в кубично лице |
| Параметри на мрежата | 5.260 A |
| Дебаев температура | 85 К |
| Други характеристики | |
| Топлинна проводимост | (300 K) 0,0177 W / (m · K) |
Историята на откриването на аргон започва през 1785 г., когато английският физик и химик Хенри Кавендиш, изучавайки състава на въздуха, решил да определи дали азотът във въздуха е окислен.
В продължение на много седмици той излага смес от въздух и кислород в U-образни тръби на електрически разряд, в резултат на което те образуват все повече нови порции кафяви азотни оксиди, които изследователят периодично се разтваря в алкали. След известно време образуването на оксиди престава, но след свързването на останалия кислород остава газов балон, чийто обем не намалява при продължително излагане на електрически разряди в присъствието на кислород. Кавендиш оцени обема на останалия газов балон на 1/120 от първоначалния обем въздух. Кавендиш не можеше да реши загадката на балона, затова спря изследванията си и дори не публикува резултатите си. Само много години по-късно английският физик Джеймс Максуел събира и публикува непубликувани ръкописи и лабораторни бележки на Кавендиш.
Аргонът и азотът са много сходни по инертност, но значително различни по отношение на разходите, както икономически, така и екологични. Аргонът е най-разпространеният газ в атмосферата, в допълнение към азота и кислорода. Аргонът е благороден газ, което означава, че е напълно инертен. Аргонът няма да реагира лесно с други вещества. Ако се върнем към класа по химия, ще запомните, че благородните газове не реагират, защото имат пълна външна обвивка на електрони. Тези електрони се държат плътно и няма да се разделят с други съединения.
По-нататъшната история на откриването на аргон е свързана с името на Рейли, който посветил няколко години на изследването на плътността на газовете, особено на азота. Оказа се, че един литър азот, получен от въздуха, тежи повече от един литър "химичен" азот (получен чрез разлагане на азотното съединение, например, азотен оксид, азотен оксид, амоняк, карбамид или нитрат) с 1,6 mg (теглото на първия е равен на 1.2521, а вторият 1.2505). Тази разлика не беше толкова малка, че можеше да се дължи на грешката в опита. В допълнение, той се повтаря постоянно, независимо от източника на химически азот.
Това прави Аргон добър избор за покриване на предмети като вино и чувствителни химикали, но с висока цена. Въпреки че аргонът е третият най-разпространен газ, той съставлява само около 9% от атмосферата. Той е търговски достъпен като страничен продукт от индустриалната сепарация на въздуха. Това е единственият търговски източник на аргон. Тъй като това е толкова малък процент от атмосферата, аргонът е много пъти по-скъп от азота.
От друга страна, азотът не е благороден газ. Два азотни атома съставляват азотната молекула, така че няма свободни електрони, като аргон, и следователно същите свойства на благородния газ в почти всички приложения. Всъщност, азотът, който съставлява 1% от нашата атмосфера, е много неактивен. Следователно, сравнително обикновеният азот притежава същите свойства на аргона, но с много по-ниска цена. Азотът е 88 пъти повече от аргона. Това означава, че енергията за производство на килограм азот е 88 пъти по-малка от енергията за производство на килограм аргон.
През есента на 1892г. Рейли не е стигнал до заключение, че е публикувал писмо до учените в списание "Природа" с молба за обяснение на факта, че в зависимост от метода на екскреция на азот той получава различни стойности на плътност. Писмото беше прочетено от много учени, но никой не успя да отговори на поставения в него въпрос.
Вече познатият английски химик Уилям Рамсей също нямаше готов отговор, но предложи сътрудничеството си на Рейли. Интуицията подтикна Рамзи да предположи, че азотът във въздуха съдържа примеси от неизвестен и по-тежък газ, и Дюар привлече вниманието на Рейли към описанието на старите експерименти на Кавендиш (които вече бяха публикувани).
Производството и разпространението на аргон създава голям въглероден отпечатък. Едно от предимствата на аргона е неговото голямо тегло. Следователно, аргонът ще седне върху горната част на колоната за течност и няма лесно да дифузира въздуха. За приложения с покритие, които определят колко дълго ще остане аргоновото покритие, това не е тривиална задача, тъй като зависи от температурата и движението на въздуха над одеялото. Също така аргонът е невидим, така че потребителят не може лесно да определи кога да попълни одеялото. Затова се използва азот, защото неговата ниска цена позволява непрекъснато продухване, което би било неефективно с аргон.
Опитвайки се да изолира скрития компонент от въздуха, всеки един от учените отиде по своя път. Рейли повтори опита на Кавендиш в разширен мащаб и на по-високо техническо ниво. Трансформатор с напрежение от 6000 волта изпрати сноп от електрически искри в 50-литров звънец, зареден с азот. Специална турбина създава в камбаната извор на спрей от алкален разтвор, поглъщащ азотни оксиди и примеси от въглероден диоксид. Останалият газ Rayleigh се изсушава и преминава през порцеланова тръба с нагрети медни стружки, които улавят останалия кислород. Опитът продължи няколко дни.
Вижте какво е аргонът в други речници
Има два случая, при които аргонът надвишава азота. Дугова заварка, където азотът става реактивен в присъствието на електрическа дъга и в изолация на прозорци, където аргонът има много по-ниска топлопроводимост от азота. В почти всички други газови приложения, азотът е най-добрият избор.
Това послание бе въведено от Дейвид Коннотън, продуктовия мениджър, системите за производство на азот и Дженифър Фиорело, член на екипа на екипа за технологиите за производство на газ, Паркър Ханифин. Свързани статии в този блог. По-голямата част от индустриалния азот и кислород в света се създава в резултат на широкомащабно криогенно отделяне в блока за разделяне на въздуха.
Рамзай се възползва от способността на нагретия метален магнезий да абсорбира азот, образувайки твърд магнезиев нитрид. Той многократно предава няколко литра азот през събрания от него инструмент. След 10 дни обемът на газа престава да намалява, следователно целият азот е свързан. В същото време присъстващият кислород като примес към азота се отстранява чрез комбиниране с мед. По този начин Рамзи успя да изолира около 100 cm³ нов газ в първия експеримент.
Аргонът се използва в ситуации, в които материалите трябва да бъдат защитени от кислород или други газове. Добър пример е лампата с нажежаема жичка, която се състои от метална жица в прозрачна стъклена крушка. През проводника преминава електрически ток, който го нагрява и излъчва светлина.
Кислородът много лесно се комбинира с горещ метал, образувайки съединение от метал и кислород. Тази връзка няма да провежда много добре електрически ток, като по този начин лампата спира да излъчва светлина. Аргонът обаче се използва, за да се предотврати това. Тъй като аргонът е инертен, той няма да реагира с горещата жица, оставяйки метала горещ за много дълги периоди от време. Електрическата крушка ще престане да излъчва светлина само когато металът се счупи. Тогава той вече не може да носи електрически ток.
Така че, нов елемент е бил отворен. Стана известно, че той е почти един и половина пъти по-тежък от азота и представлява 1/80 от обема на въздуха. Използвайки акустични измервания, Рамзай откри, че нова молекула газ се състои от един атом - такива газове никога не са били открити в стабилно състояние преди това. Оттук следваше един много важен извод - тъй като молекулата е едноатомна, тогава очевидно новият газ не е сложно химично съединение, а просто вещество.
На Земята и във Вселената
Аргонът се използва и при заваряване. Заваряването е процес, чрез който два метала се свързват заедно. В повечето случаи двата метала се нагряват до много високи температури. Когато се затоплят, те се разтопяват заедно. Когато обаче металите се загряват, те започват да реагират с кислород. При тази реакция се образува съединение от метал и кислород. Много е трудно да се свържат два метала, ако те образуват съединения, но въвеждането на аргон в заваръчната среда подобрява връзката.
Аргонът се използва и в аргонови лазери и аргонови багрила. Лазерът е устройство, което произвежда много ярка светлина от същия цвят. Аргоновият лазер се използва за лечение на кожни заболявания. Лазерът свети синьо-зелена светлина върху засегнатата кожа. Нежеланите издънки са плоски, а тъмните петна са осветени с лек риск от образуване на белези.
Ramsay и Rayleigh прекарваха много време в изучаване на неговата реактивност по отношение на много химически активни вещества. Но, както можеше да се очаква, те стигнаха до извода: газът им е напълно непълен. Беше огромно - дотогава не беше известно такова инертно вещество.
Голяма роля в изследването на новия газ играе спектрален анализ. Спектърът на газа, извлечен от въздуха с характерните си оранжеви, сини и зелени линии, се различаваше рязко от спектрите на вече известните газове. Уилям Крукс, един от най-известните спектрални експерти по това време, преброи почти 200 реда в своя спектър. Нивото на развитие на спектралния анализ по това време прави невъзможно да се определи дали един или няколко елемента принадлежат към наблюдавания спектър. Няколко години по-късно се оказа, че Рамзи и Релеи държали в ръцете си не един непознат, а няколко - цяла галактика. инертни газове.
Argon dye laser се използва при очна хирургия. Цветът на светлината, произведен от лазера, може да се регулира с висока точност. Това може да се направи, за да се получи светлина от зелено до синьо. Всяка сянка на зелено или синьо има малко по-различна честота. Тя може да проникне повече или по-малко дълбоко в очите. Лазерът може да се регулира за лечение на много специфична част от окото. Аргонова боя се използва за лечение на тумори, увреждане на кръвоносните съдове, състояния на ретината и други видове очни проблеми.
На 7 август 1894 г. в Оксфорд, на среща на Британската асоциация на физиците, химиците и естетиците, беше направено съобщение за откриването на нов елемент, наречен аргон. В доклада си Рейли заяви, че около 15 g отворен газ (1.288 тегл.%) Присъства във всеки кубичен метър въздух. Твърде невероятно беше фактът, че няколко поколения учени не забелязаха неразделна част от въздуха и дори в размер на цял процент! В рамките на няколко дни десетки натуралисти от различни страни тестваха експериментите на Рамзи и Рейли. Нямаше съмнение: въздухът съдържа аргон.
Аргонът е инертен, безцветен и без мирис елемент - един от благородните газове. Използва се в луминесцентни лампи и по време на заваряване, този елемент получава името си от гръцката дума "мързелив", като се зачита колко малко реагира на образуването на съединения.
Заваряване, рязане и покритие
Но в пространството аргонът се образува в звездите, когато две водородни ядра или алфа частици се сливат със силиций. Резултатът е изотопен аргон. Въпреки, че е инертен, аргонът е далеч от редки; според Кралското общество по химия, той представлява 94% от земната атмосфера.
10 години по-късно, през 1904 г., Рейли получава Нобелова награда по физика за изследване на плътността на най-често срещаните газове и откриването на аргон, и Рамзай за откриването на различни инертни газове в атмосферата - Нобелова награда за химия.
Основно приложение
Хранителна промишленост
В контролирана среда аргонът може да се използва като заместител на азот в много процеси. Високата разтворимост (два пъти по-голяма от разтворимостта на азота) и определени молекулни характеристики осигуряват нейните специални свойства при съхранение на зеленчуци. При определени условия е в състояние да забави метаболитните реакции и значително да намали газообмена.
Според Националната линейна ускорителна лаборатория на Джеферсън, свойствата на аргона. Кавендиш не можеше да разбере какво е тайнствен 1%: откритието ще дойде повече от век по-късно, в Работата по същото време в комуникация с лорд Рейли шотландският химик Уилям Рамзи идентифицира и описва загадъчния газ. Аргонът довежда до друга Еврика и за Рамзи. Изучавайки този елемент, той открива и хелий, според организацията на Нобеловата награда. Осъзнавайки, че такива елементи вероятно съществуват, той бързо намерил неон, криптони и ксенон.
Тъй като аргонът е инертен, той се използва в промишлени процеси, които изискват нереактивна атмосфера. Аргонът също е добър изолатор, така че често се изпомпва в дълбоководни подводни сухи костюми, за да поддържа водолаза топъл. Друго използване на аргон в историческото запазване. За разлика от реактивния кислород, аргонът не разгражда хартията или мастилото върху деликатни документи.
Производство на стъкло, цимент и вар
Когато се използва за запълване на огради с двоен стъклопакет, аргонът осигурява отлична топлоизолация.
металургия
Използва се аргон за предотвратяване на контакт и последващо взаимодействие между разтопения метал и околната атмосфера.
Използването на аргон дава възможност да се оптимизират такива производствени процеси като смесване на стопени вещества, продухване на палети от реактори, за да се предотврати повторното окисляване на стоманата и обработката на стомана с тясно приложение във вакуумни дегазатори, включително вакуумно-кислородно обезводняване, окислително-редукционни процеси и процеси на открито горене. Най-голяма популярност обаче има аргонът в процесите на декарбонизация на аргон-кислород на нерафинирана високохромова стомана, което прави възможно да се сведе до минимум окисляването на хрома.
В продължение на много години ксенонът от благороден газ е изследван като лечение за мозъчни увреждания. Ксенонът обаче е скъп и водещи изследователи се обръщат към братовчед си на благороден газ, аргон, като потенциална алтернатива. Изследователската област е все още млада, но експериментите с клетъчни култури и животни показват, че аргонът може някога да се използва за ограничаване на увреждането на мозъка след травматични наранявания или липса на кислород.
Никой друг не разбира защо аргонът има този ефект. Мозъчните клетки взаимодействат с химикали, наречени невротрансмитери и с неврорецептори, които съвпадат като ключалка и ключ. Както и да е, използвайки тези рецептори, аргонът действа, за да предотврати саморазрушаването на клетките в отговор на мозъчното увреждане.
Лабораторни изследвания и анализи
Най- чиста форма а в съединения с други газове аргонът се използва за промишлени и медицински анализи и тестове в рамките на контрола на качеството.
В частност, аргонът изпълнява функцията на газовата плазма в индуктивно свързана плазмена емисионна спектрометрия (ICP), газова възглавница в атомно-абсорбционна спектроскопия в графитна пещ (GFAAS) и газ-носител в газова хроматография с различни газови анализатори.
В проучванията аргоновият газ се прилага или директно върху клетки в ястие за култура, което е под напрежение, например в среда, лишена от кислород и глюкоза, или когато се смесва с кислород в маска за изследвания на животни. След това изследователите са определили броя на клетките, които са починали по време на и без лечение с аргон.
Както показват проучванията на аргон, по-вероятно е човешките опити да започнат, каза Novrangi, но има резерви: някои изследвания намират смесени резултати или отрицателни ефекти върху лечението с аргон. Това може да се дължи на факта, че аргонът не е проникнал в този регион или защото различните зони на мозъка имат различни типове клетки и клетъчна плътност. Аргонът е безцветен, без мирис, нереактивен инертен газ. При високи концентрации той има задушен ефект. Тъй като аргонът е атмосферен газ, той обикновено се произвежда чрез разделяне на въздуха.
В комбинация с метан, аргонът се използва в броячите на Гайгер и детектори за рентгенов флуоресцентен анализ (XRF), където той служи за гасене на газ.
Заваряване, рязане и покритие
Аргонът се използва като защитна среда в процесите. електродъгово заваряванепод налягане защитен газ и плазмено рязане.
Поток от суров аргон, съдържащ до 5% кислород, се отстранява от главната колона за разделяне на въздуха и се пречиства, за да се получи желаната търговска степен на чистота. Аргонът може да бъде извлечен и от потока от отработени газове на някои амонячни инсталации. Индустриални приложения Аргонът има много различни приложения в много индустрии. Най-често като защитен газ за електродъгово заваряване - или в чиста форма, или като част от различни смеси. Той е един от основните газове, използвани при пълнене на смеси за лампи с нажежаема жичка, флуоресцентни лампи и тиратронови тръби.
Аргонът предотвратява окислението заварки и намалява количеството дим, който се изпуска по време на процеса на заваряване.
електроника
Ултрачистият аргон служи като газ-носител за химически активни молекули, както и инертен газ за защита на полупроводниците от примеси (например аргонът осигурява необходимата среда за отглеждане на силиконови и германиеви кристали).
Използва се също като газ-носител за хроматография, разпрашване, плазмено ецване и йонна имплантация. Осигурява пълна атмосфера в отглеждането на кристали, лозарство и фармацевтични опаковки. За ексимерните лазери аргонът се смесва с флуор и хелий. Като изолационен газ, аргонът е популярен начин за подобряване на топлоизолацията в многослойни прозорци.
Той има много защитни приложения в металургичната, стоманената и термичната обработка - особено в случаите на метали, склонни към азотиране, когато се третират с азотна атмосфера. По-рядко се използват криохирургия, охлаждане, обезводняване на неръждаема стомана, надуване на въздушни възглавници, пожарогасене, спектроскопия, спектрометрия и почистване или балансиране в лаборатории.
В йонното състояние аргонът се използва в процесите на метализация чрез разпрашване, йонна имплантация, нормализация и ецване при производството на полупроводници и високоефективно производство на материали.
Автомобилна и транспортна индустрия
Запечатаният запечатан аргон служи за запълване на въздушни възглавници в колите.
аргон - химичен елемент с атомен номер 18. Третият най-често срещан елемент в атмосферата е 0,93% обемни.
История на
Аргон е открит през 1894 г. от английски физици Уилям Рамзи и Джон Рейли. След това бяха открити останалите инертни газове.
Произход на името
Заради невероятната си химична инертност новият газ е получил своето име (гръцки - неактивен).
Аргон в природата
Този раздел не е завършен. Можете да помогнете на проекта, като го коригирате и добавите.
приемане
В промишлеността аргонът се произвежда като страничен продукт при широкомащабно отделяне на въздух от кислород и азот. При температура от –185.9 ° С аргонът се кондензира при -189.4 ° С и кристализира.
свойства
Аргонът е моноатомен газ с точка на кипене (при нормално налягане) от -185.9 ° C (малко по-ниска от тази на кислорода, но малко по-висока от тази на азота). В 100 ml вода при 20 ° С се разтварят 3,3 ml аргон, а в някои органични разтворители аргонът се разтваря много по-добре, отколкото във вода.
Досега са известни само 2 химични съединения на аргона - аргонов хидрофлуорид и CU (Ar) O, които съществуват при много ниски температури. Освен това аргонът образува ексимерни молекули, т.е. молекули, в които възбудените електронни състояния са стабилни и нестабилното основно състояние. Има причина да се смята, че изключително нестабилното съединение Hg-Ar, образувано в електрически разряд, е истинско химично (валентно) съединение. Не е изключено да се получат други валентни съединения на аргон с флуор и кислород, които също трябва да бъдат изключително нестабилни. Например, реакция с газова фаза с образуването на ArCl е възможна при електрическо възбуждане на смес от аргон и хлор. Също така с много вещества, между молекулите, в които действат водородните връзки (вода, фенол, хидрохинон и други), той образува включено съединение (клатрати), където аргонов атом, като вид "гост", се намира в кухината, образувана в кристалната решетка. домакин.
Съединението CU (Ar) О се получава от съединение с уран с въглерод и кислород CUO. Вероятно съществуването на съединения с Ar-Si и Ar-C връзки: FArSiF3 и FArCCH
приложение
Хранителна промишленост
В контролирана среда аргонът може да се използва като заместител на азот в много процеси. Високата разтворимост (два пъти по-голяма от разтворимостта на азота) и определени молекулни характеристики осигуряват нейните специални свойства при съхранение на зеленчуци. При определени условия е в състояние да забави метаболитните реакции и значително да намали газообмена.
Производство на стъкло, цимент и вар
Когато се използва за запълване на огради с двоен стъклопакет, аргонът осигурява отлична топлоизолация.
металургия
Използва се аргон за предотвратяване на контакт и последващо взаимодействие между разтопения метал и околната атмосфера.
Използването на аргон дава възможност да се оптимизират такива производствени процеси като смесване на стопени вещества, продухване на реакторни палети, за да се предотврати повторното окисление на стоманата и обработката на стомана с тясно приложение във вакуумни дегазатори, включително вакуумно-кислородно обезводняване, редокс процеси и отворени горивни процеси. Най-голяма популярност обаче има аргонът в процесите на декарбонизация на аргон-кислород на нерафинирана високохромова стомана, което прави възможно да се сведе до минимум окисляването на хрома.
Лабораторни изследвания и анализи
В чиста форма и в съединения с други газове аргонът се използва за промишлени и медицински анализи и тестове в рамките на контрола на качеството.
По-специално, аргонът изпълнява функцията на газовата плазма в индуктивно свързана плазмена емисионна спектрометрия (ICP), газова плака в атомно-абсорбционна спектроскопия в графитна пещ (GFAAS) и газ-носител в газова хроматография, използвайки различни газови анализатори.
В комбинация с метан, аргонът се използва в броячите на Гайгер и детектори за рентгенов флуоресцентен анализ (XRF), където той служи за гасене на газ.
Заваряване, рязане и покритие
Аргонът се използва като защитна среда при електродъгово заваряване, при защита на газ и при плазмено рязане.
Аргонът предотвратява окисляването на заваръчните шевове и намалява количеството дим, който се изхвърля по време на процеса на заваряване.
електроника
Ултрачистият аргон служи като газ-носител за химически активни молекули, а също и като инертен газ за защита на полупроводниците от примеси (например аргонът осигурява необходимата среда за отглеждане на силиконови и германиеви кристали).
В йонното състояние аргонът се използва в процесите на метализация чрез разпрашване, йонна имплантация, нормализация и ецване при производството на полупроводници и високоефективно производство на материали.
Автомобилна и транспортна индустрия
Запечатаният запечатан аргон служи за запълване на въздушни възглавници в колите.
